Arquitectura orgánica con madera

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Artículo sobre la arquitectura orgánica y las nuevas oportunidades que presenta para el sector de la madera. Trata sistemas constructivos mixtos de madera laminada encolada y vidrido que permiten formas libres. Escrito por Miguel Ángel Abián, director del proyecto IMPIVA de I+D "DESARROLLO DE SISTEMAS CONSTRUCTIVOS MIXTOS DE MADERA LAMINADA Y VIDRIO PARA ESTRUCTURAS LIGERAS DE CUBIERTA". Fue publicado en la revista Spaincontract nº 13.

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Arquitectura orgánica con madera

  1. 1. spaincontract 94 Studio StudioFuente: Miguel Ángel Abián. Responsable del Departamento de Tecnología y Biotecnología de la Madera de AIDIMA.Responsable del Área de Construcción en Madera de AIDIMA.Head of Department of Technology and Biotechnology of Wood at AIDIMAHead of the Wood Construction at AIDIMA.ARQUITECTURA ORGÁNICA CON MADERA:NUEVAS OPORTUNIDADES PARA EL SECTORModelo 3D de solución arquitectónica basada en el sistema constructivo mixto./ A 3D model architectural solution based on the mixed construction system.ORGANIC ARCHITECTURE WITH WOOD:NEW OPPORTUNITIES FOR THE INDUSTRYEL INSTITUTO TECNOLÓGICO DEL MUEBLE, MADERA, EMBALAJE, Y AFINES, AIDIMA, INVESTIGA NUEVOS SISTEMAS CONSTRUCTIVOS-ESTRUCTURALESBASADOS EN MADERA TÉCNICA QUE REPRODUCEN ESTRUCTURAS CON FORMAS LIBRES Y CURVAS, INSPIRADAS EN LA NATURALEZA.DENTRO DEL PROYECTO IMPIVA “DESARROLLO DE SISTEMAS CONSTRUCTIVOS MIXTOS DE MADERA LAMINADA Y VIDRIOPARA ESTRUCTURAS LIGERAS DE CUBIERTA”, AIDIMA ESTÁ ELABORANDO SISTEMAS CONSTRUCTIVOS Y ESTRUCTURALES MIXTOS DE MADE-RA LAMINADA ENCOLADA (MLE) Y VIDRIO LAMINADO CON CHAPA DE MADERA PARA SER UTILIZADOS EN ESTRUCTURAS LIGERAS DE CUBIERTA EN CLIMASMEDITERRÁNEOS. EL PROYECTO POTENCIARÁ LA CONSTRUCCIÓN SOSTENIBLE BASADA EN MADERA, Y PERMITIRÁ QUE LAS EMPRESAS DEL SECTOR CONOZ-CAN NUEVAS TÉCNICAS PARA FABRICAR Y MONTAR ESTRUCTURAS DE MADERA CON FORMAS ORGÁNICAS PARA ABRIR NUEVAS LÍNEAS DE NEGOCIO Y ADE-LANTARSE A LAS NECESIDADES DE LOS ARQUITECTOS Y SUS CLIENTES.EL AUMENTO DE LA CANTIDAD DE MATERIALES DERIVADOS DE LA MADERA UTILIZADOS EN LA CONSTRUCCIÓN DE EDIFICIOS Y VIVIENDAS DA LUGAR A UNAMBIENTE DE VIDA SOSTENIBLE Y UNA MAYOR CALIDAD DE VIDA PARA LOS CIUDADANOS.THE TECHNOLOGICAL INSTITUTE OF FURNITURE, WOOD, PACKING, AND ALLIED TRADES, AIDIMA, IS RESEARCHING NEW BUILDING SYSTEMS BASED ONTECHNICAL WOOD THAT REPRODUCE STRUCTURES WITH FREE-FORM CURVES INSPIRED BY NATURE.WITHIN THE IMPIVA PROJECT CALLED ‘DEVELOPMENT OF MIXED LAMINATED WOOD AND GLASS BUILDING SYSTEMS FOR LIGHTCOVER STRUCTURES’ AIDIMA IS DEVELOPING MIXED BUILDING AND STRUCTURAL SYSTEMS WITH GLUED LAMINATED WOOD (MLE) AND LAMINA-TED GLASS WITH A WOOD VENEER FOR USE IN LIGHTWEIGHT COVER STRUCTURES FOR MEDITERRANEAN CLIMATES. THE PROJECT WILL PROMOTE SUSTAI-NABLE CONSTRUCTION BASED ON WOOD, AND WILL ALLOW COMPANIES TO FIND OUT ABOUT NEW TECHNIQUES FOR THE MANUFACTURE AND ASSEMBLYOF WOODEN STRUCTURES WITH ORGANIC FORMS IN ORDER TO OPEN NEW BUSINESS LINES AND TO ANTICIPATE THE NEEDS OF ARCHITECTS AND THEIRCLIENTS.THE INCREASE IN THE AMOUNT OF WOOD-BASED MATERIALS USED IN CONSTRUCTION OF BUILDINGS AND HOUSES HAS GIVEN RISE TO A SUSTAINABLELIVING ENVIRONMENT AND AN IMPROVED QUALITY OF LIFE FOR PEOPLE.
  2. 2. Arquitectura orgánica con madera 95 spaincontract Estos sistemas constructivos posibilitarán la ejecución de estruc- turas orgánicas, que simulan formas naturales. Por tanto, no siguen las reglas cartesianas del espacio ni la verticalidad propia de la gravedad terrestre. La naturaleza, como optimizadora de recursos, es la que mejor enseña a construir estructuras orgáni- cas. La aplicación de soluciones biológicas a la técnica de los sis- temas de arquitectura e ingeniería (biónica) permite aprovechar millones de años de evolución y selección natural. Numerosos seres vivos han desarrollado estructuras ultraligeras de gran resistencia. Inspirándose en ellos y en formas naturales, la arquitectura orgánica promueve la armonía entre el hábitat Ejemplo de estructura ligera de cubierta basado en madera laminada encola- humano y el mundo natural. da y vidrio (fuente: diseño propio de AIDIMA)./ An example of a lightweight structure housing based on glued laminated wood and glass (source: La madera, como principal material estructural que ofrece la AIDIMA’s own design). naturaleza, ha sido aprovechada por el hombre desde el princi- pio de su evolución. Posee una estructura totalmente optimiza- 2011 (International Association for Bridge and Structural da donde diferentes polímeros (celulosa y lignina) se comple- Engineering & International Association for Shell and Spatial mentan entre sí formando una matriz de células y paredes celu- Structures). lares que permiten una gran resistencia con un bajo peso. Para el proyecto se utiliza madera laminada encolada (MLE) de pino y abeto rojo. En el ámbito energético y medioambiental, De todos los materiales naturales, la madera posee las mejores cabe destacar que la producción de una tonelada de madera características para el uso estructural. El factor de resistencia en laminada requiere cerca de 430 kilowatios hora de electricidad o relación a su peso es superior al de los materiales convenciona- su equivalente, mientras que la producción de una tonelada de les, como el acero y el hormigón. Su comportamiento en caso acero necesita 2.700 kWh y una tonelada de aluminio 17.000 de incendio es seguro y predecible, y superior al que ofrece kWh de electricidad. cualquier otro material estructural en igualdad de condiciones. El grado de innovación tecnológica del proyecto es muy alto. La Ejemplo de madera combinación entre vidrio y madera es altamente novedosa, laminada encolada./ An example of glued lami- tanto en la combinación de elementos estructurales de primer y nated wood. segundo orden con sistemas de cerramientos, como fundamen- talmente en la combinación de laminados mixtos de vidrio y chapa de madera para mejorar las propiedades aislantes, la per- meabilidad regulada de la luz y la eficiencia energética. Existen infinidad de aplicaciones que justifican el esfuerzo inves- tigador dirigido hacia la obtención de sistemas constructivos en los que la madera y el vidrio trabajen conjuntamente. Vidrio y madera tienen características opuestas que, si se consiguen equilibrar, aportan la posibilidad de lograr un balance interesan- Siguiendo principios biónicos, en el proyecto se busca el aprove- te en el que estos materiales se compensen y complementen chamiento de la madera como material estructural ligero para entre sí. todo tipo de estructuras complejas que simulen formas natura- Basándose en los resultados obtenidos hasta la fecha se ha les. En el caso de estas estructuras, la madera presenta ventajas enviado una propuesta de artículo para el Congreso IBSE-IASS económicas y de montaje frente a materiales más convenciona- les en la arquitectura española (acero, hormigón). Las ventajas de la madera laminada encolada (MLE) para las estructuras ligeras de cubierta son múltiples. Debido a que está compuesta por láminas orientadas con la fibra en dirección paralela es mucho más estable dimensionalmente que la made- ra ordinaria; puede fabricarse con casi cualquier tamaño y con las curvaturas que se desee con diseños estructuralmente más eficaces que con partes rectas y para cualquier tipo de edificio; puede usarse para vigas o cerchas de más de 50 metros, limita- das solamente por la capacidad de las plantas o el transporte; tiene una resistencia alta y predecible, y a diferencia del acero y del hormigón armado, con las grandes secciones se incrementa la resistencia al fuego, y no son necesarios tratamientos ni falsos techos, ni se dobla, tuerce o descascarilla en los incendios, sien- do así las primas de seguros son más bajas en algunos países. En el proyecto se está creando una metodología técnica queConstrucción real diseñada por AIDIMA y ubicada en el jardín del Instituto para la realiza- abarca desde el diseño de estructuras orgánicas de maderación de ensayos./ Actual construction designed by AIDIMA and located in the garden of the hasta la ejecución, pasando por el cálculo estructural, el dimen-Institute for conducting testing.
  3. 3. spaincontract 96 Studiosionado, la resolución de los nudos, la integración estructural dela madera y el vidrio y la fabricación estandarizada. Se persigueque esas estructuras resulten superiores desde el punto de vistaeconómico y de velocidad de ejecución a estructuras similaresejecutadas en acero u hormigón.Además, la MLE no sufre corrosión, con gran resistencia anteataques químicos y ante ambientes agresivos y contaminados;es posible fabricar piezas libres de defectos debido a que lasuniones dentadas (finger joints) permiten el saneado de los mis-mos. El proceso de fabricación y el secado de las láminas facili-ta la prefabricación de vigas de con dimensiones muy precisas,lo cual permite una construcción opuesta a la tradicional, conobra en seco y elementos preparados en el taller que ayudan auna ejecución final de la obra en menor un plazo con mayor fia-bilidad y sin aportar humedades.El modelo de cálculo estructural elegido para los entramados demadera laminada, vidrio y chapa ha sido el de elementos finitos,debido a su generalidad. Este método es un método numéricogeneral para la aproximación de soluciones de ecuaciones dife-renciales parciales muy utilizado en diversos problemas de inge-niería y física.Se parte de una superficie compuesta por dos planos triangula-res conectados. Estos tienen un tamaño cualquiera que surge dela necesidad del diseño arquitectónico. Partiendo de esta geo-metría a cubrir con vidrio, se procede al cálculo de las tensionesque la superficie de vidrio va a tener que soportar por medio delprograma de cálculo por elementos finitos. Con él se obtiene lasubdivisión mínima precisa para cumplir con la estática.Después se procede a la depuración de los resultados paraaumentar la subdivisión si es necesario. Este aumento de subdi-visión puede ser, por ejemplo, resultado de las necesidades derestringirse a un formato de vidrio viable para su colocación opor su precio. Una vez encontrada la subdivisión final, se proce-derá al dimensionamiento exacto de las piezas de madera queservirán de sostén al paño de vidrio.La modelización de las estructuras de madera laminada encola-da objeto de este proyecto se realiza por el método de los ele-mentos finitos con elementos tipo barra y lámina.En este reportaje se muestran algunos modelos desarrollados(1). Un avance del aspecto general de las leyes de esfuerzos(2). Para la compresión se ha utilizado el color rojo, y el amarillopara la tracción.El proyecto está coordinado y dirigido técnicamente por MiguelÁngel Abián, premio Schweighofer Innovation Prize 2009, y enél participa un equipo de expertos que incluye ingenieros, arqui-tectos técnicos y arquitectos superiores, junto a la empresavalenciana RISAL WOOD, especializada en estructuras de made-ra. Cuenta también con la colaboración de empresas europeasde vanguardia en el ramo de la construcción de madera, comoRotho Blaas, Dietrichs, y Hundegger, entre otras.These building systems will enable the implementation of organi-zational structures that mimic natural forms. Therefore, they donot follow the Cartesian rules of space or the verticality of gra-vity. Nature, as the optimizer of resources, is the best teacher forbuilding organizational structures. The application of biologicalsolutions to the technique of systems for architecture and engi-neering (bionics) can take millions of years of evolution and
  4. 4. Arquitectura orgánica con madera 97 spaincontract natural selection. Many living things have developed high-strength lightweight structures. Inspired by them and other natural forms, organic architecture promotes harmony between the human habitat and the natural world. Wood as the main structural material offered by nature has been used by man since the beginning of his evolution. Therefore, it has a fully optimized structure where different polymers (cellulo- se and lignin) complement each other to form a matrix of cells(1) Vista de un modelo 3D de un fragmento de sistema constructivo mixto./ and cell walls that allow high strength with low weight.View of a 3D model of a fragment of a mixed construction system. Of all the natural materials, wood has the best characteristics for structural use. The factor of resistance to the weight ratio is superior to conventional materials like steel and concrete. Its behavior in case of fire is safe and predictable, and greater than that offered by any other material of equal structure. The degree of technological innovation in the project is very high. The combination of glass and wood is highly innovative, both in the combination of structural elements of the first and second order with closure systems, primarily in a combination of mixed laminates of glass and wood veneer to improve the insula- ting properties, controlled permeability of light and energy effi- ciency. There are innumerable applications that justify the research effort directed towards obtaining building systems where wood and glass work together. Glass and wood have opposite characteris- tics which, if they can be equilibrated, provide the possibility of(2) Diagrama de esfuerzos axiles del entramado./ Diagram of an axial force achieving an interesting balance in that these materials be offsetdiagram of the structure. and complement each other.
  5. 5. spaincontract 98 Studio Based on the results obtained to date a draft article has been sent to the 2011 IBSE-IASS Congress (International Association for Bridge and Structural Engineering & International Association for Shell and Spatial Structures). For the project glued laminated wood (MLE) of pine and spruce was used. In the field of energy and environment, it is worth pointing out that the production of a ton of laminated wood requires some 430 kilowatt hours of electricity or its equivalent, meanwhile the production of a ton of steel requires 2,700 kWh and a ton of aluminum requires 17,000 kWh of electricity. Following bionic principles, the project seeks to take advantage of wood as a lightweight structural material for use in all types of complex structures that mimic natural shapes. In the case of these structures, wood has economic and assembly advantages against the conventional materials used in Spanish architecture (steel, concrete). The advantages of glued laminated wood (MLE) to cover the lightweight structures are manifold. Because it is composed of sheets oriented with fiber in a parallel direction it is much more dimensionally stable than ordinary wood; it can be made to almost any size and with curves, rather than straight sides, which are needed for more efficiently structural designs and are usable in any building; it can be used for beams or trusses over 50 meters in lengths, limited only by the capacity of the floors and the transportation; it has a high and predictable resistance,Solución para encuentros complejos de barras./ Solution for complex bar and when there are large sized sections fire resistance actuallyissues.
  6. 6. Arquitectura orgánica con madera 99 spaincontractincreases unlike steel and reinforced concrete, and it does not Any size might be employed according to the needs of the archi-require treatment or false ceilings, neither does it bend, twist or tectural design. Based on the geometry to be covered with glass,chip off in the fires, resulting in lower insurance premiums in the next calculation is to solve the surface tension of glass whichsome countries. had to be supported using the formula for calculating finite ele-The project aims to create a technical methodology that includes ments. With that result, you get the minimum precise subdivisioneverything from the design of wooden organizational structures required to comply with the statistics.through to execution, covering the issues of structural analysis,sizes, resolution of the nodes, the structural integration of wood You then proceed to retest the results to increase the subdivisionand glass and standardized manufacturing. It is argued that if necessary. This increased subdivision may, for example, resultthese structures are superior from the economic point of view from the need to reduce it to a more viable format because ofand from the viewpoint of speed of execution of similar structu- the location of the glass or because of its price. Once you reachres in steel and concrete. the final subdivision, you then proceed to exactly cut the pieces of wood which serve as support for the glass pane.In addition, the MLE does not corrode, as it boasts high resistan- The modeling of the laminated glued wood for this project isce to chemical attack and to aggressive and contaminated envi- achieved by using the finite element method with bar and lami-ronments; parts can be manufactured free of defects due to the nate items.joints (finger joints) which allow the cleaning of the same. The In this report we show some developed modelsmanufacturing process and the drying of the laminate plates (1). A preview of the general appearance of the laws of strainfacilitate the prefabrication of beams in very precise sizes, allo- (2). For compression we used the red color, and yellow for trac-wing a construction opposite to traditional construction with tion.drywall construction and offers other elements prepared in theworkshop to help with the final execution of the work in quicker The project has been coordinated and directed by Miguel Angeltime with greater reliability and without humidity. Abián, winner of the 2009 Schweighofer Prize for Innovation,The model chosen for the structural analysis of the laminated and involves a team of experts including engineers, technicalwood trusses, and glass and veneer has been that used for finite architects and top architects, together with the company fromelements due to its general use. This method is a general nume- Valencia, RISAL WOOD, which specializes in wooden structures.rical method for reaching solutions with partial differential equa- There was also collaboration with leading European companiestions widely used in various engineering and physical problems. in the field of wood construction, like Rotho Blaas, Dietrichs, andWe assume a flat surface composed of two connected triangles. Hundegger, among others.

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